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模具设计
模具设计说明书
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目录
1.冲压件工艺分析
2.工艺方案及模具结构类型
3.排样设计
4.冲压力计算
5.压力中心的确定
6.工作零件刃口尺寸的计算
7.工作零件结构尺寸
8、其他模具零件结构尺寸
9.冲床的选择
10、模具总装配图
11、模具零件图
主要模具零件加工工艺过程
①、凹模板加工工艺过程
②、冲孔凸模加工工艺过程
③、冲孔凸模加工工艺过程
④、凸模固定板加工工艺过程
⑤、卸料板加工工艺过程
⑥、上模垫板加工工艺工程
⑦下模垫板加工工艺过程
⑧上模座加工工艺过程
⑨下模座加工工艺过程
题目：
根据下面的制件，设计冲压模具（为大批量生产）
材料硅钢片，厚度为0.5，大批量生产
1.冲压件工艺分析
（1）材料:
硅钢片是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为0.5～4.5％。
加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效。
其力学性能如下表
硅钢片
D12
抗剪强度
抗拉强度
伸长率
/MPa
26%
190
230
（2）零件结构:
该零件结构比较简单，比较适合冲裁，弯曲
（3）尺寸精度:
零件图上未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级标注公差。
查公差表得各尺寸公差为：
零件外形：
R4.5-0.3023-0.52032-0.620
零件内形：
Ø1.80+0.2530+0.25120+0.43
2.工艺方案及模具结构类型
该零件包括冲孔、弯曲、落料的基本工序，可以采用以下三种方案：
（1）冲孔、落料、弯曲采用单工序模
（2）冲孔、落料采用复合模，再弯曲
（3）冲孔、弯曲、落料连续生产采用级进模
方案
（1）的优点是模具设计、制造简单、周期短，模具结构简单，因此，模具和制件的制造成本均低。
但因该零件需三道工序，三副模具才能完成加工，生产效率较低，不能满足零件大批量生产的需求。
方案
（2）的优点是冲压的生产效率高，且制件平整度较高。
但该零件不仅有冲孔落料工序，还有弯曲工序，复合模很难满足该零件的生产，且该模具制造周期较长，模具成本较高。
方案（3）的优点是冲压、弯曲生产过程易于实现机械化和自动化，生产效率较高。
由于该零件既有冲孔又有弯曲，不宜采用单工序和复合工序进行冲压，所以采用级进模进行加工。
3.排样设计
（1）弯曲件的展开图如下图所示
弯曲件展开宽度的计算如下
因该零件弯曲半径r≦0.5t,所以该零件得展开长度根据弯曲前、弯曲后材料体积不变的原则进行计算的，即：
L=l直+knt=（2.8-0.5）×2+9+0.48×0.5×2=14.08mm
式中L毛坯长度
l直——各直线段长度之和
n——弯角数目
t——材料厚度
k——与材料性能及弯曲数目有关的系数。
因该零件为双角弯曲，所以查表得其k值为0.48。
（2）排样
排样图
查<<冲压工艺与模具设计>>表2-10可确定搭边值：
两工件间的搭边a=1.8mm
工件边缘搭边a1=2mm
步距为：
14.08+1.8=15.88mm
条料宽度：
B=（D+2a）=32+2×2=36mm
一个步距内的材料利用率η=S∕AB×100%=（23×14.08+3.14×4.52-12×3-3.14×0.92）/15.88×36×100%=348.8816/571.68×100%≈61.03%
4.冲压力计算
（1）计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F一般可以按下式计算：
F=KtLτ
式中τ——材料抗剪强度
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系数K是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1.3。
（2）总冲裁力、卸料力、推料力、顶件力、弯曲力和总冲压力
由于冲裁模具采用弹压卸料装置和自然落料方式。
总的冲裁力包括
F∑——总冲压力。
F——总冲裁力。
F卸——卸料力
F推——推料力。
F顶——顶件力
Fc——弯曲力
根据常用金属冲压材料的力学性能查出LY21—Y的抗剪强度为280～310（MPa）
1冲裁力：
L=23×2+3.14×9+3.14×2×1.8+12×2+3×2+（14.08-9）×2=125.724mm
由于材料是硅钢片，所以τ=190MPa
根据公式F=KtLτ=1.3×0.5×125.724×190=15526.916（N）
②卸料力
Kx——卸料力系数。
查表得KＸ＝0.040~0.07，取KＸ＝0.055
根据公式F卸=KＸ×F=15526.916×0.055=853.98（N）
3推料力
Kt——推料力系数。
查表得Kt＝0.065
根据公式F推=Kt×F=0.065×15526.916=1009.25（N）
④顶件力
Kd——顶件力系数。
查表得Kd＝0.08
根据公式F顶=Kd×F=15526.916×0.08=1242.15（N）
⑤弯曲力
影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量；弯曲件的形状和尺寸；模具结构及凸凹模间隙；弯曲方式等，因此很难用理论的分析法进行准确的计算。
实际中常用经验公式进行慨略计算，以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。
Ư形弯曲件的经验公式为：
Fu=0.7KBt2σb/γ+t
Fu——冲压行程结束时不校正时的弯曲力。
B——弯曲件的宽度（mm）。
t——弯曲件的厚度（mm）。
γ——内弯曲半径（等于凸模圆角半径）（mm）。
r取0.2mm
σb——弯曲拆料的抗拉强度（MPa）（查机械手册σb=230（MPa）。
K——安全系数，一般取1.3.
根据公式Fu=0.7KBt2σb/（γ+t）
=0.7×1.3×14.08×0.52×230/（0.2+0.5）
=1052.48（N）
⑥总的冲压力的计算
根据模具结构总的冲压力：
F∑=F+F卸+F推+F顶+FC
F∑=F+F卸+F推+F顶+FC
=15526.916+853.98+1009.24+1242.15+1052.48
=19684.77（N）
根据总的冲压力，初选压力机为：
开式双柱可倾压力机J23—25。
5.压力中心的确定
模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。
模具的压力中心，可安以下原则来确定：
（1）、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
（2）、工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
（3）、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
⑧⑦⑥⑤④③②①
第一个工位冲导正销孔、第二个工位冲2个直径为1.8的孔、第三个工位空位、第四个工位冲切两端局部余料、第五个工位两工件间的分断槽余料、第六个工位弯曲加工、第七个工位冲中部长方孔、第八个工位载体切断
该图的压力中心如上图所示位置
6.工作零件刃口尺寸的计算
冲裁件的尺寸精度主要取决与模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。
正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。
从生产实践中可以发现：
（1）、由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。
（2）、在尺量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。
（3）、冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，结果使间隙越来越大。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则：
（1）、落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上;设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。
（2）、考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。
这样在凸凹麽磨损到一定程度的情况下，仍然能冲出合格的制件。
凸凹模间隙则取最小合理间隙值。
（3）、确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。
如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困能，增加成本，延长生产周期；如果对刃口要求过低（即制造公差过大）则生产出来的制件有可能不和格，会使模具的寿命降低。
若工件没有标注公差，则对于非圆形工件安国家“配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形工件可按IT7～IT9级制造模具。
冲压件的尺寸公差应按“如体”原则标注单项公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。
冲裁模凹、凸模刃口尺寸有两种计算和标注的方法，即分开加工和配做加工两种方法。
前者用于冲件厚度较大和尺寸精度要求不高的场合，后者用于形状复杂或波板工件的模具。
第一类：
凸模或凹模磨损会增大的尺寸；
第二类：
凸模或凹模磨损或会减小的尺寸；
第三类：
凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸；
凸模与凹模配合加工的方法计算落料凸、凹模的刃口尺寸。
在冲直径为1.8mm的小孔时，凸模磨损后刃口尺寸变小，所以：
设冲孔尺寸为d
根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。
首先确定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大尺寸；将凸模尺寸增大最小合理间隙值得到凹模尺寸。
经查表可得：
X=0.5
冲直径为1.8孔：
d1.8=（dmin+XΔ）0-δΤ=（1.8+0.5×0.25）0-0.020=1.9250-0.020
冲中间方形孔：
d3=（dmin+XΔ）0-δΤ=（3+0.5×0.25）0-0.020=3.1250-0.020
d12=（dmin+XΔ）0-δΤ=（12+0.5×0.43）0-0.020=12.2150-0.020
凹模按凸模尺寸配制，保证双面间隙（0.132～0.180）（mm）
弯曲模具间隙弯曲V形件时，不需要在设计和制造模具时确定间隙。
对于U形件的弯曲，必须选择合模具间隙，弯曲V形件时，凸、凹模间隙是用调整冲床的闭合高度来控制的适的间隙，间隙过小，会使边部壁厚变薄，降低模具寿命。
间隙过大则回弹大，降低制件精度凸、凹模单边间隙Z一般可按下式计算：
Z=t+Δ+ct公式中：
Z——弯曲凸、凹模单边间隙
t——材料的厚度
Δ——材料厚度的正偏差
C——间隙数查表得：
Δ=0.05C=0.1
根据公式Z=t+Δ+ct
=0.5+0.05+0.1×0.5=0.6（mm）
因为该零件要求有正确尺寸，其模具应以凸模为基准先确定尺寸，模具的尺寸如下：
当工件为双向偏差时，凸模尺寸为：
Lp=（L+0.5Δ）0-δp当工件为单向偏差时，凸模实际尺寸为：
Lp=（L+0.75Δ）0-δp
凹模尺寸为：
Ld=（Lp+2z）+δd0
L——弯曲件的基本尺寸（mm）
Lp\Ld——凸模、凹模工作部分尺寸（mm）
Δ——弯曲件公差
δpδd——凸、凹制造公差，选用IT7～IT9级精度，
Z——凸模与凹模的单向间隙
该工件为U形弯曲，所以取双向偏差
经查表得：
Δ=0.09δp=0.043δd=0.043
即：
弯曲凸模Lp9=（9+0.5×0.09）0-0.043=9.0450-0.043
弯曲凹模Ld=（9.045+2×0.6）+0.0430=10.245+0.0430
7.工作零件结构尺寸
（1）凹模尺寸的确定:
凹模采用整体凹模，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。
模具厚度的确定公式为：
H=Kb
式中：
K——系数值，考虑板料厚度的影响；
b——冲裁件的最大外形尺寸；
安上式计算后，选取的H值不应小于（15～20）mm;
查表得：
K=0.30
H=0.30×23
=6.9mm
取H=18mm
模具壁厚的确定公式为：
C=（1.5～2）H
=1.5×18～2×18
=27～36mm
凹模壁厚取C=30mm
凹模宽度的确定公式为：
B=b+2C
=23+2×30
=83mm
查表取标准取B=100mm
凹模的长度要考虑导料销发挥的作用，保证送料粗定位精度。
查表取标准L=160mm。
（送料方向）
凹模轮廓尺寸为100mm×160mm×18mm。
凹模材料选用Cr12，热处理60~64HRC。
（2）冲孔凸模尺寸：
弯曲凸模选用直通式，采用线切割加工方法。
弯曲凸模与凸模固定板采用H7/r6配合。
长度与外形凸模的长度相等，等于45mm,凸模材料应选T10A，热处理56~60HRC，冲孔凸模与弯曲凸模之间有一定的间隙。
凸模长度L=H1+H2+H3（15～20）mm=56mm
H1——凸模固定板厚度
H2——卸料板厚度
H3——导尺厚度
L——凸模长度
8、其他模具零件结构尺寸
序号
名称
长×宽×厚
材料
数量
1
上模垫板
160×100×6
45
1
2
凸模固定板
160×100×18
45
1
3
卸料板
160×100×16
45
1
4
凹模板
160×100×18
Gr12
1
5
下模垫板
160×100×6
45
1
9.冲床的选择
根据总冲压力F总=19.7KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J23-10开式双柱可倾压力机冲床,并在工作台面上备制垫块。
其主要工艺参数如下：
公称压力：
100KN
滑块行程：
45mm
行程次数：
145次∕分
最大闭合高度：
180mm
连杆调节长度：
35mm
工作台尺寸（前后×左右）：
240mm×370mm
10、模具总装配图
11、模具零件图
主要模具零件加工工艺过程
①、凹模板加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
将毛坯锻成165mm×105mm×25mm
2
热处理
退火
3
铣
铣六面,厚度留单边磨量0.2~0.3mm
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直
5
钳工
划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线
6
钳工
加工好凸模,配作冲孔凹模达要求
7
铣
铣漏料孔达要求
8
钳工
划线：
划出各孔径中心线及凹模洞口轮廓尺寸
钻孔：
钻螺纹底孔、销钉底孔、凹模洞口穿线孔
铰孔：
铰销钉孔至要求
攻丝：
攻螺纹孔至要求
9
热处理
淬火,回火,保证HRC60~64
10
平磨
磨厚度及基面见光
11
线切割
按图切割各型孔,留0.005~0.01单边研量
12
钳工
研光各型孔达要求
13
检验
②、冲孔凸模加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
备料φ12mmX65mm
2
热处理
退火硬度达180～220HB
3
车外圆
车外圆达配合尺寸
4
车工作尺寸
车工作尺寸达要求
5
倒角
倒角达要求
6
钳工
抛光达表面要求
7
热处理
淬火,回火,保证HRC58~62
8
钳工
磨平上下表面达要求
9
检验
③、冲孔凸模加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
备料25mmX20mmX65mm
2
热处理
退火
3
线切割
按图切割外形,留0.005~0.01单边研量
4
铣
铣工作尺寸留0.01
5
钳工
倒角达要求
6
钳工
抛光达表面要求
7
热处理
淬火,回火,保证HRC58~62
8
钳工
磨平上下表面达要求
9
检验
④、凸模固定板加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
将毛坯锻成165mm×105mm×25mm
2
热处理
退火硬度24~28HRC
3
铣
铣六面,厚度留单边磨量0.2~0.3mm
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直
5
钳工
划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线
6
线切割
按图切割各型孔,保证配合尺寸
7
钳工
研磨凸模
8
平磨
磨厚度到要求及基面见光
9
钳工
总装配用透光层使凸模、凹模间隙均匀后，与上模板配作销钉
⑤、卸料板加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
将毛坯锻成165mm×105mm×20mm
2
热处理
退火硬度24~28HRC
3
铣
铣六面,厚度留单边磨量0.2~0.3mm
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直
5
钳工
划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线
6
线切割
按图切割各型孔,保证双面间隙0.5mm
7
平磨
磨厚度达要求及基面见光
8
钳工
研光各型孔达要求
⑥、上模垫板加工工艺工程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
将毛坯锻成165mm×105mm×10mm
2
粗铣
铣六面,厚度留单边磨量0.2~0.3mm
3
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直
4
钳工
划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线
5
热处理
淬火硬度54~58HRC
7
平磨
磨厚度达要求及基面见光
8
钳工
总装配
⑦下模垫板加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
将毛坯锻成165mm×105mm×10mm
2
粗铣
铣六面,厚度留单边磨量0.2~0.3mm
3
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直
4
钳工
划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线
5
热处理
淬火硬度54~58HRC
7
平磨
磨厚度达要求及基面见光
8
钳工
总装配
⑧上模座加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
取标准上模座
2
热处理
退火
4
平磨
平磨上下平面达要求
5
钳工
划螺孔,销孔位置划模柄孔轮廓线以及钻沉孔达要求
6
线切割
按图切割各型孔,保证配合尺寸
7
钳工
总装配用透光层保证凸模固定板上的凸模与凹模孔对正，上模座与凸模固定板配作销钉
8
钳工
研光各型孔达要求
⑨下模座加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
取标准上模座
2
热处理
退火
4
平磨
平磨上下平面达要求
5
钳工
划螺孔,销孔位置划模柄孔轮廓线以及钻沉孔达要求
6
线切割
按图切割各型孔,保证配合尺寸
7
钳工
与凹模板配作销钉
8
钳工
研光各型孔达要求
总结
本次设计，各项要求都比较严格，为了能够很好的完成这次功课，交给老师一份满意的答卷，我从图书馆借来的书籍中和网上查阅了大量的关于冲压模具的设计资料，这让我在后来的设计实施过程中减去了不少麻烦。
也更通过这次设计我系统的翻阅了两年半时间以来所学的专业知识，重现的学习和掌握，让自己发现到更多的不足之处。
在这次的毕业设计中，我综合了两年多来所学的所有专业知识，使我受益匪浅。
不仅使自己的专业技能有所发挥并且掌握的更为熟练，也加强了在大学阶段所学专业理论知识的巩固。
在做模具设计的过程中，在设计和绘图都遇到方面遇到了一些实际问题，经过老师和同学的指导帮助，再加上自身不懈的努力，问题得到了及时解决。
这次的设计使我对冷冲压模具设计有了一定的认识，在模具设计过程中，不仅把大学所学到知识加深了，还学会了查阅有关书籍和资料，能够把各科灵活的运用到设计中去。
更是锻炼了自己的查阅资料的能力。
这次的设计不仅是对自己大学所学知识的考核，也是在工作之前对自身的一次全面、综合型的测试。
这为今后的工作做好了铺垫和奠定了一定的基础。
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